王亞萍

（北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，北京 100025）

鞋底的耐磨性能是鞋類(lèi)產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)的重要性能指標(biāo)之一，它直接反映出成鞋質(zhì)量品質(zhì)的優(yōu)劣。隨著鞋類(lèi)流行趨勢(shì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越追求自我，追求更舒適的穿著體驗(yàn)，這就使得微孔發(fā)泡底的成鞋被大量開(kāi)發(fā)使用，并在不斷地更新?lián)Q代。而人們?cè)谧非蟾p便、回彈性能更好的同時(shí)，也看到這種材料的缺點(diǎn)，即防滑性能和耐磨性能略差，影響成鞋的使用壽命。因此，本文選取微孔發(fā)泡材料鞋底進(jìn)行耐磨性能分析，數(shù)據(jù)更具代表性。

目前國(guó)際耐磨試驗(yàn)法GB/T 3903.2-2017《鞋類(lèi)整鞋試驗(yàn)方法耐磨性能》[1]在我國(guó)鞋類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)體系中被廣泛應(yīng)用，如GB/T15107-2013《旅游鞋》[2]、QB/T4331-2012《兒童旅游鞋》[3]等。本文針對(duì)微孔發(fā)泡鞋底的耐磨性能，改變此方法的試驗(yàn)參數(shù)，對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行優(yōu)化，以期得到更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)使用耐磨試驗(yàn)機(jī)對(duì)微孔發(fā)泡鞋底的耐磨性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)不同打磨深度、施加于樣品的壓力、磨耗角度、磨耗時(shí)間及測(cè)量時(shí)間的比較分析，得出鞋類(lèi)外底耐磨性能的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原理

GB/T 3903.2-2017《鞋類(lèi)整鞋試驗(yàn)方法耐磨性能》[1]是以耐磨性能來(lái)表征鞋子在穿用過(guò)程中人體對(duì)鞋底的磨損程度的。旋轉(zhuǎn)的磨輪壓在試樣上，在特定條件下對(duì)試樣進(jìn)行磨耗試驗(yàn)，測(cè)量的試樣磨痕長(zhǎng)度用來(lái)表示試樣的耐磨性能。

1.2 儀器與設(shè)備

耐磨試驗(yàn)機(jī)，東莞銘禹電子科技有限公司，型號(hào)MY-5212-GB；雙頭試料磨平機(jī)，東莞市恒宇儀器有限公司；游標(biāo)卡尺，至少精確至0.02 mm。

1.3 試驗(yàn)方法

選取可滿(mǎn)足試驗(yàn)要求且具有代表性的微孔發(fā)泡成鞋5 雙，試樣在室溫條件下放置4 小時(shí)。將試驗(yàn)機(jī)各部位調(diào)節(jié)正常，每次試驗(yàn)前，磨輪空轉(zhuǎn)5 min。試樣固定在耐磨試驗(yàn)機(jī)上，鞋底朝上，調(diào)節(jié)磨輪位置使其對(duì)準(zhǔn)磨耗部位。將磨輪施加在試樣上的壓力與磨耗時(shí)間調(diào)至規(guī)定值開(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)停機(jī)后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量磨痕長(zhǎng)度。若磨痕為梯形，則長(zhǎng)邊與短邊相差不應(yīng)大于短邊的10%，否則應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)；若數(shù)據(jù)均小于5.0 mm，則不對(duì)數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 打磨深度對(duì)耐磨性能的影響

打磨深度是影響微孔發(fā)泡底耐磨性結(jié)果的重要因素之一。試驗(yàn)提供了四種不同打磨深度，分別為未打磨（打磨深度0.0 mm）、打磨深度0.5 mm、打磨深度1.0 mm 和打磨深度2.0 mm。將打磨好的試驗(yàn)樣品固定于耐磨試驗(yàn)機(jī)上，使外底與水平面平行，在4.90 N 的壓力下磨耗20 min，試驗(yàn)結(jié)束5 min 后測(cè)量磨痕長(zhǎng)度。表1 為四種打磨深度測(cè)試的試驗(yàn)結(jié)果，磨痕長(zhǎng)度越大，表示樣品的耐磨性能越差[4]。由表1可知樣品的磨痕長(zhǎng)度隨打磨深度的增加而增大，磨痕長(zhǎng)度的增大趨勢(shì)隨著打磨深度的增加而變緩，當(dāng)打磨深度達(dá)到一定數(shù)值后，磨痕長(zhǎng)度不再隨打磨深度增加而變化。

表14 種打磨深度測(cè)試的試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of four grinding depth tests

圖1 更清晰地反映出打磨深度對(duì)磨痕長(zhǎng)度的影響。由圖可知，樣品未打磨（打磨深度0.0 mm）與打磨深度0.5 mm 之間的磨痕長(zhǎng)度變化最為明顯。這是由于鞋類(lèi)外底在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)使用脫模劑，而脫模劑多以蠟和有機(jī)化合物為原料，這就使得外底表面很光滑，在試驗(yàn)時(shí)，磨輪對(duì)樣品的摩擦力減弱，從而直接影響耐磨試驗(yàn)結(jié)果。未打磨的試樣表面有致密層，此結(jié)構(gòu)有更好的抗拉力性能，磨輪的齒尖不容易破壞致密層，耐磨數(shù)據(jù)偏小，而在實(shí)際穿用中，致密層可以更好地保護(hù)鞋底不被磨損[5]。因此試驗(yàn)中除必要情況外，選擇不打磨試樣進(jìn)行試驗(yàn)最為合理。若必須打磨，打磨深度也應(yīng)以剛好去除花紋為準(zhǔn)。

圖14 種打磨深度對(duì)磨痕長(zhǎng)度影響對(duì)比圖Fig.1 Comparison of the influence of four grinding depths on the length of wear marks

2.2 壓力對(duì)耐磨性能的影響

對(duì)5 雙微孔發(fā)泡外底進(jìn)行打磨預(yù)處理，以剛好去除花紋為標(biāo)準(zhǔn)。將打磨好的試驗(yàn)樣品固定于耐磨試驗(yàn)機(jī)上，使外底與水平面平行，分別施加0.49 N、0.98 N、2.45 N、4.90 N、7.35 N 的壓力，磨耗時(shí)間20 min，測(cè)量試驗(yàn)結(jié)束后5 min 的磨痕長(zhǎng)度，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。如圖2 所示，當(dāng)施加于樣品的壓力逐漸增大時(shí)，5 雙微孔發(fā)泡外底的磨痕長(zhǎng)度均隨著壓力的增大而變長(zhǎng)，同一雙微孔發(fā)泡外底的磨痕長(zhǎng)度：0.49 N＜0.98 N＜2.45 N＜4.90 N＜7.35 N。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析，施加在外底上的壓力增大時(shí)，根據(jù)摩擦力計(jì)算公式f =μ N ，即摩擦力等于摩擦系數(shù)與壓力的乘積，摩擦系數(shù)為常數(shù)，所以壓力增大，外底與磨輪間的摩擦力隨之增大，使外底的磨損程度變強(qiáng)，直接反映為磨痕長(zhǎng)度變長(zhǎng)。微孔發(fā)泡鞋底的彈性較強(qiáng)，壓力增大時(shí)，磨輪更深地陷入外底，磨輪與外底接觸了更多的齒尖，使磨耗量變大，磨痕長(zhǎng)度變長(zhǎng)。由圖2可知，當(dāng)壓力較小時(shí)，5 雙鞋底均表現(xiàn)出較好的耐磨性能，而當(dāng)壓力為7.35 N 時(shí)，對(duì)于耐磨性能較差的樣品磨輪桿會(huì)壓到樣品，不能真正地反映出樣品的耐磨性能。綜合考慮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，選擇壓力4.90 N 時(shí)容易操作。

圖25 種壓力對(duì)磨痕長(zhǎng)度影響對(duì)比圖Fig.2 Comparison of the influence of pressure on the length of wear marks

2.3 磨耗角度對(duì)耐磨性能的影響

對(duì)5 雙微孔發(fā)泡外底進(jìn)行打磨預(yù)處理，以剛好去除花紋為標(biāo)準(zhǔn)。將打磨好的試驗(yàn)樣品固定于耐磨試驗(yàn)機(jī)上，分別在0.0° 、7.5° 、15° 、30° 四種不同磨耗角度下進(jìn)行耐磨實(shí)驗(yàn)，對(duì)樣品施加4.9 N 的壓力，磨耗時(shí)間20 min，測(cè)量試驗(yàn)結(jié)束后5 min 的磨痕長(zhǎng)度，得到磨耗角度與磨痕長(zhǎng)度的關(guān)系圖（圖3）。從圖3 中可以直觀看出，微孔發(fā)泡外底與水平面產(chǎn)生的磨耗角度增加時(shí)，5 雙外底的磨痕長(zhǎng)度隨著這種變化均減小，即磨耗角度與磨痕長(zhǎng)度成負(fù)相關(guān)。外底與水平面平行時(shí)，施加于外底的壓力垂直于被測(cè)樣品，當(dāng)外底與水平面產(chǎn)生角度時(shí)，垂直向下的力產(chǎn)生了分力，外底所受的壓力減小。根據(jù)2.2 中分析的壓力對(duì)耐磨性能的影響可知，磨痕長(zhǎng)度隨壓力的減小而變短，不能正確地反映出耐磨性能的好壞。綜上所述，試驗(yàn)中要保證外底與水平面平行，才能正確地反映出樣品的耐磨性能。

圖34 種角度對(duì)磨痕長(zhǎng)度影響對(duì)比圖Fig.3 Comparison of the influence of four wear angles on the length of wear marks

2.4 磨耗時(shí)間對(duì)耐磨性能的影響

對(duì)5 雙微孔發(fā)泡外底進(jìn)行打磨預(yù)處理，以剛好去除花紋為標(biāo)準(zhǔn)，將5 雙鞋以只為單位編號(hào)，樣品編號(hào)為1#～10#。將打磨好的試驗(yàn)樣品固定于耐磨試驗(yàn)機(jī)上，使外底與水平面平行，對(duì)樣品施加4.9 N的壓力，為了更明顯地反映磨耗時(shí)間對(duì)耐磨性能的影響，特別選取三種不同磨耗時(shí)間10 min、20 min 和30 min，測(cè)量試驗(yàn)結(jié)束后5 min 的磨痕長(zhǎng)度，通過(guò)改變磨耗時(shí)間來(lái)探討其對(duì)耐磨性能的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)同一雙微孔發(fā)泡鞋底的多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)，磨痕長(zhǎng)度隨磨耗時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，而磨耗時(shí)間為10 min 和20 min 時(shí)磨痕長(zhǎng)度相差不多，但是20 min 與30 min的磨痕長(zhǎng)度差距變大。這是由于壓力使磨輪陷入外底，隨著磨痕的變大，磨輪陷入外底的部分變大，增大了摩擦面積，被磨耗掉的外底也就隨之增多[6]，使得磨痕長(zhǎng)度跳躍式變大（見(jiàn)圖4）。磨耗時(shí)間為10 min 時(shí)，樣品的差異性表現(xiàn)不明顯，而磨耗時(shí)間為30 min 時(shí)，對(duì)于耐磨性能差的樣品，會(huì)出現(xiàn)磨輪桿壓到樣品的現(xiàn)象，不能更好地區(qū)分出樣品的差異。為了更好地辨別出耐磨性能的優(yōu)劣，選取試驗(yàn)時(shí)間為20 min 最為合理。

圖4 磨耗時(shí)間對(duì)磨痕長(zhǎng)度影響對(duì)比圖Fig.4 Comparison diagram of the influence of wear time on the length of wear marks

2.5 測(cè)量時(shí)間對(duì)耐磨性能的影響

對(duì)同一雙微孔發(fā)泡材料外底進(jìn)行打磨預(yù)處理，以剛好去除花紋為標(biāo)準(zhǔn)。將打磨好的試驗(yàn)樣品固定于耐磨試驗(yàn)機(jī)上，使外底與水平面平行，對(duì)樣品施加4.9 N 的壓力，磨耗時(shí)間為20 min，平行6 次進(jìn)行耐磨性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)束后，分三次測(cè)量磨痕長(zhǎng)度，放置時(shí)間分別為1 min、5 min 和10 min。圖5 為測(cè)量時(shí)間與磨痕長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。試驗(yàn)完成后1 min 測(cè)量磨痕長(zhǎng)度，得到的數(shù)值相對(duì)于試驗(yàn)完成后5 min和10 min 的數(shù)值偏大，而5 min 與10 min 的測(cè)量數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有差別。由于微孔發(fā)泡材料結(jié)構(gòu)的特殊性，將磨輪壓在外底上，會(huì)有一定的壓痕產(chǎn)生，試驗(yàn)完成后立即測(cè)量，壓痕也會(huì)被計(jì)入磨痕長(zhǎng)度數(shù)據(jù)內(nèi)，當(dāng)放置5 min 后壓痕逐漸消失，此時(shí)測(cè)量長(zhǎng)度為真實(shí)磨痕長(zhǎng)度，當(dāng)放置時(shí)間延長(zhǎng)到10 min 時(shí)，測(cè)量的數(shù)據(jù)與5 min 幾乎相同，所以在試驗(yàn)結(jié)束5 min 后磨痕長(zhǎng)度達(dá)到穩(wěn)定。對(duì)于一些表面致密層光滑的外底，磨輪無(wú)法進(jìn)入樣品進(jìn)行磨耗，試驗(yàn)結(jié)束后外底表面僅有很小的痕跡，過(guò)一段時(shí)間以后，很難辨認(rèn)出耐磨測(cè)試點(diǎn)的邊緣，甚至找不到測(cè)試點(diǎn)。GB/T 3903.2 中給出了統(tǒng)一方法，在1 h 之內(nèi)用游標(biāo)卡尺測(cè)量，可有效地避免上述情況的發(fā)生。

圖5 測(cè)量時(shí)間對(duì)磨痕長(zhǎng)度影響對(duì)比圖Fig.5 Comparison diagram of the influence of measurement time on the length of wear marks

3 結(jié) 論

試驗(yàn)對(duì)5 雙微孔發(fā)泡鞋底的耐磨試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，通過(guò)改變?cè)囼?yàn)過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析，并找到試驗(yàn)過(guò)程中的最佳方案，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

（1）樣品的預(yù)處理階段盡量選擇原樣進(jìn)行測(cè)試，且找到平整部位，以不打磨鞋底為宜。若必須打磨，打磨深度應(yīng)以剛好去除花紋為準(zhǔn)，避免過(guò)度打磨影響磨痕長(zhǎng)度。

（2）天平調(diào)平衡后，施加于樣品上的壓力以4.90 N 為最佳，既可以有效地區(qū)分出樣品的優(yōu)劣，也不會(huì)因?yàn)閴毫μ笫鼓ポ啑U壓到樣品，綜合考慮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，壓力4.90 N 時(shí)也更容易操作。在試驗(yàn)中要保證外底與水平面平行，才能正確地反映出樣品的耐磨性能。

（3）為了更好地反映出樣品耐磨性能的差異性，選取試驗(yàn)時(shí)間為20 min 最為合理。

（4）在試驗(yàn)結(jié)束后，將樣品取下放置5 min 后，磨痕長(zhǎng)度趨于穩(wěn)定，在1 h 之內(nèi)用游標(biāo)卡尺測(cè)量，可以得到準(zhǔn)確的磨痕長(zhǎng)度，反映出樣品的耐磨性能。